[发明专利]一种用氟硅酸制备冰晶石联产水玻璃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冰晶石的制备方法，更具体地说，本发明涉及以湿法磷酸、磷肥和/或磷复肥生产的副产物氟硅酸为原料，制备冰晶石联产水玻璃的方法。

背景技术

冰晶石是一类碱金属和铵的氟铝酸盐，本发明所述为钠冰晶石，也称氟铝酸钠，化学分子式Na₃AlF₆，主要用作电解炼铝的助熔剂。

目前，国内外绝大多数冰晶石生产都以萤石为原料。萤石作为一种发展原子能工业不可再生的重要战略资源，受到世界各国的重视和保护。

传统冰晶石生产的主要原料是萤石与硫酸生产的氢氟酸、碳酸钠(或氯化钠)和氢氧化铝。这种生产方法需要高质量的萤石精矿粉，原料价格高、成本高；生产过程中设备腐蚀严重，需要使用昂贵的防腐材料；有害气体和污水对环境危害很大。

从湿法磷酸和磷肥、磷复肥行业副产物氟硅酸出发，现阶段较为成熟的冰晶石生产工艺还有氟硅酸或氟硅酸钠与氨反应的氨法工艺等。氨法工艺采用氨水分解氟硅酸或氟硅酸钠，制取氟化铵或氟化铵与氟化钠的混合溶液，再与铝酸钠溶液反应合成冰晶石。此工艺的优点是可联产白炭黑副产品，但存在氨损失严重，回收利用困难，对环境造成污染，原料成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有冰晶石生产工艺原料成本高、氨损失大、回收利用困难，环境污染严重等方面存在的不足，提供一种能有效解决上述问题的冰晶石制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

*除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

本发明提供了一种用氟硅酸制备冰晶石联产水玻璃的方法，该方法采用以下步骤：

(1)合成氟硅酸钠

将浓度为2％～25％的湿法磷酸、磷肥和/或磷复肥生产的副产物氟硅酸与硫酸钠溶液常温下搅拌反应，所述的氟硅酸系湿法磷酸、磷肥和磷复肥生产的副产物；循环使用的硫酸钠母液浓度为1％～15％，补充硫酸钠溶液的浓度为5％～33％，硫酸钠总加入量为理论计算量的100％～130％，合成时间30分钟～90分钟，得到氟硅酸钠料浆，反应式如下：

H₂SiF₆+Na ₂SO₄＝Na₂SiF₆↓+H₂SO₄

对氟硅酸钠料浆进行液固分离，用常温水或1％～10％的碳酸钠稀溶液洗涤，液固分离，得到含水率2％～20％的氟硅酸钠，待用，或将其干燥至含水率低于0.3％待用。

(2)制备氟化钠溶液及水玻璃

采用25％～55％的液体烧碱或固体烧碱配成的溶液，预热至85℃～95℃，将步骤(1)所得到的氟硅酸钠加入到氢氧化钠溶液中，加热、搅拌反应，反应式如下：

Na₂SiF₆+4NaOH＝6NaF+SiO₂↓+2H₂O

其中，①分解温度85℃～95℃，搅拌反应时间30分钟～80分钟；②反应在碱性条件下进行，终点碱度控制NaOH为3～6g/L；③NaF溶液浓度控制在与实际操作温度对应的NaF的饱和浓度以下；④反应完成后，反应料浆进行液固分离、洗涤。硅胶滤饼的洗涤是在过滤机内进行，使用5倍湿渣量的热水，温度85℃～95℃，洗液并入NaF滤液中。为保证冰晶石产品质量，需对NaF滤液进行二次过滤，进一步除去固相物，过滤后的NaF溶液待用。

洗涤后的滤渣硅胶用作生产水玻璃。含水率35％～60％的硅胶或经干燥后得到的含水率小于6％的硅胶，分别与固体烧碱或40％～60％的烧碱溶液在反应器中搅拌混合均匀，直接通入蒸汽加热，将压力提高到0.3～0.5MPa，停止通蒸汽，采用夹套保温，维持上述压力进行搅拌反应3～5小时，反应产物浓缩到一定浓度，即得到水玻璃产品。

反应式如下：

2NaOH+mSiO₂＝Na₂O mSiO₂+H₂O

产品水玻璃的模数(SiO₂与Na₂O的摩尔比)可以通过调节氢氧化钠与硅胶的相对加入比例来确定，其值一般在1～4之间。模数在3以下的碱性水玻璃可以用作磷矿浮选助剂，使硅胶废渣得到有效利用。

(3)合成冰晶石

用(2)步所得到的氟化钠溶液与硫酸铝溶液加热搅拌反应合成冰晶石，反应式如下：